黑哥智能温控器课程设计.doc

课程设计(论文)题 目 名 称 温度控制器设计 课 程 名 称 电气测量技术 学 生 姓 名 吴明伟 学 号 1141203019 系 、专 业 电气工程系、测控技术与仪器 指 导 教 师 王跃球 2013年 12月 21 日邵阳学院课程设计（论文）任务书1年级专业11级测控学生姓名 吴明伟学 号 1141203019题目名称温度控制器设计设计时间2013年12月8日2013年12月20日课程名称电气测量技术课程编号121201302设计地点智能仪器与开发实验室（314）/创新实验室（214）一、 课程设计（论文）目的课程设计是在校学生素质教育的重要环节，是理论与实践相结合的桥梁和纽带。电气测量技术课程设计，要求学生更多的完成软硬结合的动手实践方案，解决目前学生课程设计过程中普遍存在的缺乏动手能力的现象. 电气测量技术课程设计是继电子技术、和单片机原理与应用课程之后开出的实践环节课程，其目的和任务是训练学生综合运用已学课程电气测量技术的基本知识，独立进行电气测量的应用技术和开发工作,掌握电气测量技术的应用、调试和电路设计、分析及调试检测。二、 已知技术参数和条件 在生物培育室、蔬菜大棚等场合，对温度有一定要求。如果温度太高，则应及时采取降温措施；如果温度太低，则应及时采取升温措施。为了便于及时了解温度是否正常，可使用温度报警器。三 任务和要求 030，5为一档显示； 高于30，发出1kHz声响，同时打开电扇继电器；当低于28，停止； 低于10，发出1kHz间歇声响，同时打开加热器；当高于12，停止。注：1此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效；2此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。0四、参考资料和现有基础条件（包括实验室、主要仪器设备等）智能仪器与开发实验室（314）/创新实验室（214）陈立周编 电气测量第三版，机械工业出版，2008，2申忠如 等编著电气测量技术，科学出版社，2009，1。五、进度安排2013年12月8日-9日：收集和课程设计有关的资料，熟悉课题任务和要求2013年12月9日-10日：总体方案设计2013年12月10日-12日：硬件电路设计2013年12月12日-15日：软件设计2013年12月16日-18日：系统调试改进2013年12月19日：整理书写设计说明书2013年12月20日：答辩并考核六、教研室审批意见教研室主任（签字）： 年 月 日七|、主管教学主任意见 主管主任（签字）： 年 月 日八、备注指导教师（签名）： 学生（签名）：0 邵阳学院课程设计（论文）评阅表学生姓名 吴明伟 学 号 1141203019 系 电气工程系 专业班级 11级测控班 题目名称 温度控制器设计 课程名称 电气测量技术 一、学生自我总结 通过本次设计，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。既让我们懂得了怎样把理论应用于实际，又让我们懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。当然在此次的课程设计中我还做的不够好，对于外部接线图我还很陌生，以后需要多多学习相关的方法。总的来说，这次课程设计还是比较成功的，这离不开我们组员的共同合作，老师的细心指导，还有其他同学的帮助。 学生签名： 年 月 日二、指导教师评定评分项目平时成绩论文答辩综合成绩权 重304030单项成绩指导教师评语： 指导教师（签名）： 年 月 日注：1、本表是学生课程设计（论文）成绩评定的依据，装订在设计说明书（或论文）的“任务书”页后面；2、表中的“评分项目”及“权重”根据各系的考核细则和评分标准确定。0摘 要  温度控制系统对温度进行检测和控制，任何工厂在生产过程中如果没有合适的温度环境，很多的器件甚至是电子设备都不能正常的工作，从而多生产的产品质量有很大的影响，所以各行各业对温度的要求的愈来愈高，所以，温度控制系统的作用非常重要。 温度控制系统的控制系统是温度，在我们日常生活中，温度控制使非常重要的，在温室、水池、电源等场所不能对温度有效的控制，则会出现很多事故，所以为了避免此类事故的发生，温度控制应当受到重视。 本设计不仅实现了对温度的检测，还实现了温度控制、显示功能，当温度大于设定的温度时，报警器报警；当温度小于设定的值时，报警器不报警，从而实现对温度的控制，并且还可以实现按键复位功能。关键词: 8051单片机；温度； ADC0809数模转换器；1目录摘要I1 系统总体设计方案11.1智能温控器的功能设计12 系统硬件设计22.1 单片机概述22.2 A/D转换电路22.3 温度采样电路32.4按健开关42.5温度显示电路42.6热电阻驱动电路53 系统软件设计73.1软件设计思路73.2 程序内容编写7总结.12参考文献：13附录141 系统总体设计方案 智能温控器主要单片机，时序电路，温度采样电路，A/D转换电路，温度显示电路，温度输入电路，驱动电路等组成。系统原理图见图1.1所示。温度采样电路 8051BCD译码器BCD译码器数码管数码管按键电路驱动电路A/D转换电路时钟图1.1 智能温控器控制系统框图1.1智能温控器的功能设计 以MCS-51系列单片机为核心，采用常用电子器件设计，一个电源开关，两个控制温度 设定按键（增大/减小），四位数码管分别显示设定温度和实际温度，量程为099度，打开电源开关后设定温度初始化为26度。1，按键输入采用中断方式，两个按键分别接INT0和INT1。2，采用铂电阻（Pt100)温度传感器进行温度测量，模数转换采用ADC0809。3，单片机根据设定温度S和实测温度P控制继电器R的动作，死区设为2度： 当P<=S-1时，控制R接通电加热回路； 当P>S+1时，控制R断开电加热回路； 当S-1<P<=S+1时，R保持原状态不变。2 系统硬件设计2.1 单片机概述 由于智能温度控制器的核心就是单片机，单片机的选择将直接关系到控制系统的工作是否有效和协调。本设计采用MCS-51系列的8051单片机，因为8051单片机应用广泛，性能稳定，抗干扰能力强，性价比高。8051包含了8位CPU，片内振荡器，4K字节ROM,128字节RAM,2个16位定时器，计数器，中断结构，I/O接口等。可进行计算，定时等一系列功能。2.2 A/D转换电路2.2.1 ADC0808介绍ADC0808是8位全MOS中速A/D 转换器、它是逐次逼近式A/D 转换器，片内有三态数据输出锁存器，可以和单片机直接口接。其主要引脚功能如下： （1）RD，WR：读选通信号和选通信号（低电平有效）。（2）CLK：时钟脉冲输入端，上升有效。（3）DB0DB7是输入信号。（4）CLKR：内部时钟发生器外接电阻端，与CLKIN端配合可由芯片自身产生时钟脉冲，其频率为1/1.1RC。（5）CS：片选信号输入端，低电平有效，一旦CS有效，表明A/D转换器被选中，可启动。（6）WR：写信号输入，接受微机系统或其它数字系统控制芯片的启动输入端，低电平有效，CS、WR同时为低电平时，启动转换。(7)INTR：转换结束输出信号，低电平有效，输出低电平表示本次转换已完成。该信号常作为向微机系统发出的中断请求信号。 （8）CLK:为外部时钟输入端，时钟频率高，A/D转换速度快。允许范围为10-1280KHz，典型值为640KHz，此时，A/D转换时间为10us。通常由MCS51单片机ALE端直接或分频后与其相连。当MCS单片机与读写外，RAM操作时，ALE信号固定为CPU时钟频率的1/6，若单片外接的晶振为6MHz，则1/6为1MHz，A/D转换时间为64us。2.2.2 A/D转换电路工作原理ADC0808的两模拟信号输入端，用以接受单极性、双极性和差摸输入信号，与WR同时为低电平A/D转换器被启动切在WR上升沿后100 模数完成转换，转换结果存入数据锁存器，同时，INTR自动变为低电平，表示本次转换已结束。如CS、RD同时来低电平，则数据锁存器三态门打开，数字信号送出，而在RD高电平到来后三态门处于高阻状态，转换图如图2.1所示。 图2.1 A/D转换电路图2.3 温度采样电路2.3.1铂电阻（Pt100)温度传感器当PT100在0摄氏度的时候他的阻值为100欧姆，它的阻值会随着温度上升而成近似匀速的增长。但他们之间的关系并不是简单的正比的关系，而更应该趋于一条抛物线。 铂电阻的阻值随温度的变化而变化的计算公式： -200<t<0 Rt=R01+At+Bt+C(t-100)t。电阻仿真程序如图2.2所示。图2.2 电阻部分仿真2.4 按键开关 设定按键（增大/减小），四位数码管分别显示设定温度和实际温度，量程为099度，打开电源开关后设定温度初始化为26度。按键输入采用中断方式，两个按键分别接INT0和INT12.5 温度显示电路2.5.1 LED驱动 74LS47介绍：74LS47是一块BCD码转换成7段LED数码管的译码驱动IC，74LS47的主要功能是输出低电平驱动的显示码，用以推动共阳极7段LED数码管显示相应的数字。相应引脚功能如下。 （1）QA,QB,QC,QD,QE,QF,QG:7段LED数码输出引脚。（2）A，B，C，D：输入引脚。（3）RBO，BT，LI:高电平输出有效。2.5.2 温度显示工作原理 温度显示电路如图2.3所示。由2片TTL74LS47和2片七段LED组成，LED采用共阳级接法。74LS47的QA-QG接BCD段选信号由P1口提供,LED显示数据由74LS47的输出决定,即由P1口信号的取值决定。图2.3 TTL74LS47 BCD显示电路2.6热电阻驱动电路热电阻驱动控制，8051的P3.0的引脚与ULN2003A的引脚相连接，从P3.0发出的控制信号经ULN2003到达电磁继电器，驱动热电阻的运行和停止。ULN2003是高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品,具有电流增益高、工作电压高、温度范围宽、带负载能力强等特点,适应于各类要求高速大功率驱动的系统。其中ULN2003是由7个NPN具有用共阴二极管夹紧来转换电感负载的高压输出特征的达林顿晶体管组成。当前一对单精度型的额定电流为500mA，有比较高的电流容量，它的应用软件包括继电器驱动器、显示驱动器，线驱动器和逻辑缓冲器等。在本驱动电路中的作用是增大电流驱动能力。该芯片采用16脚的DIP 封装,其中第9为公共输出端COM，有一个输出端为高电平，COM就为高电平。如图2.4。图2.4电磁继电器和热电阻电路3 系统软件设计3.1软件设计思路 软件设计的任务包括启动A/D转换、读A/D转换结果、设置温度、温度控制等，其中启动A/D转换、读A/D转换结果、温度控制等工作在主程序中完成，设置温度在中断服务程序中完成，根据对比结果给出控制信号，令热电阻运行或停止，实现温度调控。3.2程序内容编写ORG 0000HJMP START1ORG 0003HLJMP INTER1ORG 0013HLJMP INTER2ORG 0100HSTART1:MOV SP,#60H; 设置堆栈指针SETB IT0SETB IT1MOV IE,#85H; 中断0中断1开放ANL P1,#00HMOV P1,#26H; 设定温度初值LCALL START; 调用AD转换程序LCALL C1; 调用温度控制程序LJMP $ORG 0200H; 增加键（中断0）首地址INTER1:PUSH ACC; 保护现场PUSH PSWCLR CLCALL DELAY; 按键延时A1:JB P3.2,A1; 判断有无键按下SET1:LCALL DELAY; 按键防抖MOV A,P1ANL A,#0FHINC AMOV 30H,AMOV A,P1ANL A,#0F0HADDC A,30HDA A; 对A十进制调整MOV P1,APOP PSWPOP ACCRETIORG 0300H; 减小键(中断1）首地址INTER2:PUSH ACCPUSH PSWCLR PSW.6A2:JB P3.3,A2; 判断有无键按下SET2:LCALL DELAY; 按键防抖MOV A,P1ANL A,#0FHSUBB A,#01HJB PSW.6,Q0MOV 35H,AMOV A,P1ANL A,#0F0HADD A,35HJMP Q1Q0:MOV A,P1ANL A,#0F0HCLR CSUBB A,#10HJC Q2ADD A,#09HJMP Q1Q2:MOV A,#99HQ1:MOV P1,APOP PSWPOP ACCRETISTART:MOV R1,#20HMOVX DPTR,A; A/D转化器开始转换WAIT1: JB P3.1,WAIT1WAIT2: JNB P3.1,WAIT2MOVX A,DPTRLCALL BINBCD1MOV R1,AMOV P0,ARETORG 0400H; 控制温度子程序C1:CLR CMOV A,20H; 将检测温度送到累加器A中SUBB A,P1JNC GAO; 判断环境温度是否高于预设温度SJMP DIDI:CLR CMOV A,20HADDC A,#01MOV 20H,ACLR CMOV A,P1SUBB A,20HJC Z1; 判断预设温度是否等于(检测温度+1)SETB P3.0SJMP Z1Z1:RETGAO:CLR CSUBB A,#02JNC Z1; 判断环境温度减预设温度是否小于2CLR P3.0RETDELAY:MOV R7,#06H; 延时子程序D0:MOV R6,#0FAHDJNZ R6,$DJNZ R7,D0RETBINBCD1:MOV B,#10; 二进制转化为十进制子程序DIV ABSWAP AADD A,BRETEND总结与体会 本设计使用的温度控制器结构简单、测温准确，具有一定的实际应用价值。该温度控制器只是DS18B20在温度控制领域的一个简单实例，还有许多需要完善的地方，例如可以将测得的温度通过单片机与通讯模块相连接，以手机短消息的方式发送给用户，使用户能够随时对温度进行监控。此外，还能广泛地应用于其他一些工业生产领域，如建筑，仓储等行业。本温度控制系统可以应用于多种场合，像育婴房的温度、水温的控制。用户可灵活选择本设计的用途，有很强的实用价值。 在此次温度控制器的设计过程中，让我了解到了现代电子产品的设计和工作原理。以前在实际生活中看到的电子产品例如彩灯、交通灯、电磁炉、电饭煲等，就只会用他们并不知道他们的工作原理，通过这次课程设计对这些产品的原理有了深入的了解。同时这次课程设计大大提高了我的动手能力，为我以后的工作和学习奠定了基础，在以后的生活中我也可以用我所学的知识和对芯片功能的了解来设计一些日常生活所需的电子产品。有了这一次的实践经验，我们的动手能力和思维能力也相应的得到了的提高，这次实训进一步锻炼了自己的逻辑思维能力，并从中总结出宝贵的经验。参考文献1王家桢.传感器与变送器M.北京:清华大学出版社,1996. 2曾巧媛.单片机原理及应用M.北京：电子工业出版社.2002. 3何力民.单片机高级教程M.北京：北京航空大学出版社.2000. 4金发庆.传感器技术与应用M.北京：北京机械工业出版社.2000.附录 温度控制器仿真图14